CN105811908A - 基于电阻开关调制的反相放大电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于电阻开关调制的反相放大电路,包括放大控制模块、运放A2、电阻R7、电容C5、电阻R5、电阻R6;其中,运放A2的输出端连接输出信号端;电阻R7的一端接地,另一端连接运放A2的同相输入端;电阻R6的一端连接运放A2的反相输入端;电容C5的一端连接输出信号端,另一端连接运放A2的反相输入端;电阻R5的一端连接输出信号端,另一端连接运放A2的反相输入端;放大控制模块的一端连接电阻R6的另一端,另一端连接输入信号端;通过控制所述放大控制模块中开关S的通断,改变放大控制模块中电阻的接入或短路。本发明的电路可保证电路的放大倍数连续可控,克服了现有电路的放大倍数断续可控的缺点。
Description
技术领域
本发明涉及电子技术,具体地,涉及一种基于电阻开关调制的反相放大电路。
背景技术
在电子电路的设计和应用中,对电信号进行放大或衰减是最常见的处理技术之一,其中对电压信号进行反相放大的典型电路如图1所示。在图1的基础上可构成如图2所示的多级可编程控制的反相放大电路。为方便起见,在图2中仅仅表示了4级放大倍数。通过译码电路可分别控制开关1、2、3或4接通,从而得到4种放大倍数分别为-R2/R11、-R2/R12、-R2/R13、-R2/R14。
图2所示电路的设计方案具有如下缺点:(1)该电路包含有译码电路,电路构成较为复杂,增加了电路的生产成本;如果取消译码电路,则控制开关通断的控制信号数要增加,放大倍数的级数与开关控制信号数相同。(2)放大倍数的级数有限,而且随着放大倍数级数的增加,开关数应随之增加,相应的译码电路更加复杂。
图3所示电路提供了另外一种可编程反相放大器的设计方案,通过在在控制端C输入合适的脉宽调制信号,控制模拟电子开关S的通断,改变输入电阻R1的等效值,从而改变电路的放大特性。如图3所示,在C端输入周期为T的控制信号,在一个周期中开关闭合的时间为T0,则在周期T内反馈电阻的等效平均值
由式(1)可知,R1eq的变化范围为R1~∞,该范围很宽,导致反相放大器的倍数控制精度不够高。如果能够使得R1eq的变化范围变窄,则可提高放大倍数的控制精度。此外,图3中的开关S与电阻R1串联的支路不能接在反馈支路之上。
发明内容
针对现有技术中的缺陷,本发明的目的是提供一种基于电阻开关调制的反相放大电路。
根据本发明提供的基于电阻开关调制的反相放大电路,包括放大控制模块、运放A2、电阻R7、电容C5、电阻R5、电阻R6;
其中,运放A2的输出端连接输出信号端;电阻R7的一端接地,另一端连接运放A2的同相输入端;电阻R6的一端连接运放A2的反相输入端;电容C5的一端连接输出信号端,另一端连接运放A2的反相输入端;电阻R5的一端连接输出信号端,另一端连接运放A2的反相输入端;
放大控制模块的一端连接电阻R6的另一端,另一端连接输入信号端;通过控制所述放大控制模块中开关S的通断,改变放大控制模块中电阻的接入或短路。
优选地,所述放大控制模块包括运放A1、电容C3、电阻R3、电阻R4、电阻R1、电阻R2以及开关S;
其中,所述运放A1的输出端连接电阻R6的另一端;电阻R4的一端连接运放A1的同相输入端,另一端接地;
电容C3的一端连接运放A1的反相输入端,另一端连接运放A1的输出端;电阻R3的一端连接运放A1的反相输入端,另一端连接运放A1的输出端;
电阻R1的一端连接运放A1的反相输入端,另一端连接电阻R2的一端,电阻R2的一端连接输入信号端;
开关S的开关部的两端连接在电阻R1的两端或电阻R2的两端。
优选地,所述放大控制模块包括运放A1、电容C1、电阻R3、电阻R4、电阻R1、电阻R2以及开关S;
其中,所述运放A1的输出端连接电阻R6的另一端;电阻R4的一端连接运放A1的同相输入端,另一端接地;
电容C1的一端连接运放A1的反相输入端,另一端连接运放A1的输出端;电阻R3的一端连接运放A1的反相输入端,另一端连接输入信号端;
电阻R1的一端连接电阻R6的另一端,另一端连接电阻R2的一端,电阻R2的另一端连接电阻R3的一端;
开关S的开关部的两端连接在电阻R1的两端或电阻R2的两端。
与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:
1、本发明的电路可保证电路的放大倍数连续可控,克服了现有电路的放大倍数断续可控的缺点;
2、本发明通过开关调制得到的等效电阻变化范围有限,有利于电路放大倍数的调节;
3、本发明通过开关调制得到的等效电阻可连接在反馈支路,而采用图3方案的接法,其开关调制支路不能接在反馈支路;
4、本发明电路只使用一个模拟开关,简化了倍数控制电路的设计。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
图1为现有技术中的反相放大电路的结构示意图;
图2为现有技术中的一种可编程反相放大电路的结构示意图;
图3为现有技术中的另一种可编程反相放大电路的结构示意图;
图4为本发明中一种反相放大电路的结构示意图;
图5为图4中示出的反相放大电路的结构变形示意图;
图6为本发明中另一种反相放大电路的结构示意图;
图7为图6中示出的反相放大电路的结构变形示意图;
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
在本实施例中,如图4和图5所示,本发明提供的基于电阻开关调制的反相放大电路,包括放大控制模块、运放A2、电阻R7、电容C5、电阻R5、电阻R6;
其中,运放A2的输出端连接输出信号端;电阻R7的一端接地,另一端连接运放A2的同相输入端;电阻R6的一端连接运放A2的反相输入端;电容C5的一端连接输出信号端,另一端连接运放A2的反相输入端;电阻R5的一端连接输出信号端,另一端连接运放A2的反相输入端;
放大控制模块的一端连接电阻R6的另一端,另一端连接输入信号端;通过控制所述放大控制模块中开关S的通断,改变放大控制模块中电阻的接入或短路。
所述放大控制模块包括运放A1、电容C3、电阻R3、电阻R4、电阻R1、电阻R2以及开关S;
其中,所述运放A1的输出端连接电阻R6的另一端;电阻R4的一端连接运放A1的同相输入端,另一端接地;
电容C3的一端连接运放A1的反相输入端,另一端连接运放A1的输出端;电阻R3的一端连接运放A1的反相输入端,另一端连接运放A1的输出端;
电阻R1的一端连接运放A1的反相输入端,另一端连接电阻R2的一端,电阻R2的一端连接输入信号端;或,电阻R2的一端连接运放A1的反相输入端,另一端连接电阻R1的一端,电阻R1的一端连接输入信号端;
开关S的开关部的两端连接在电阻R2的两端。
如图4所示,电路在输入端连接了一个模拟电子开关S。开关S可以通过在控制端C加入控制信号来控制其打开或闭合。在本发明中,假定在C端接逻辑高电平,开关S闭合,而在C端接逻辑低电平,开关S断开。
本发明的工作原理为:
通过在在控制端C输入合适的脉宽调制信号,控制模拟电子开关S的通断,改变输入支路电阻的等效值,从而改变电路的放大特性。如图4所示,在C端输入周期为T的控制信号,在一个周期中开关闭合的时间为T0,则控制信号的占空比为α=T0/T。由R1、R2以及开关S构成的支路的等效电阻为
由于占空比α在0~1之间变化,因此Req的变化范围为R1~R1+R2。
为使Req尽量恒定,可取开关控制信号的频率为被放大信号频率的n倍,根据试验结果,一般取n>100。例如,要求放大电路的频宽为0~100Hz,则可取开关控制信号的频率大于100×100Hz=10kHz。
图4中电容C3和C5用于平滑信号波形,同时抑制高频干扰。如果要求信号放大的频宽为0~fH,可取C3≤1/(2πfHR3),C5≤1/(2πfHR5)。此时电路在频率0~fH范围内的放大倍数为
式中Ui、Uo分别为输入信号ui、输出信号uo的幅值。由上式可知,通过改变占空比α的大小,就可以控制放大倍数A的大小。
设计实例:按图4电路设计一放大电路,要求通带频率范围为0~100Hz,放大倍数在1~10连续可控。
设计:取R5=R6=10kΩ,R1=2kΩ,R2=270kΩ,R3=20kΩ;由于fH=100Hz,可取C3≤1/(2πfHR2)=0.16μF,这里取C3=10nF;同理取C5=10nF;开关控制信号的频率取100×100Hz=10kHz,则T=0.1ms。电路的放大倍数为
由式(3)可知,当α=100%,即图4中C端始终接逻辑高电平时,电路的放大倍数为A=10;当α=9.33%时,电路的放大倍数为A=1;当α在9.33%~100%范围内变化,电路的放大倍数在1~10之间变化。
表1给出了上述设计实例在输入信号频率为100Hz,幅值为1V时的实测结果。
表1实测结果[ui=sin(200πt)V,开关控制信号的频率取10kHz]
在本发明的另一种实施例中,如图6和如图7所示,所述放大控制模块包括运放A1、电容C1、电阻R3、电阻R4、电阻R1、电阻R2以及开关S;
其中,所述运放A1的输出端连接电阻R6的另一端;电阻R4的一端连接运放A1的同相输入端,另一端接地;
电容C1的一端连接运放A1的反相输入端,另一端连接运放A1的输出端;电阻R3的一端连接运放A1的反相输入端,另一端连接输入信号端;
电阻R1的一端连接电阻R6的另一端,另一端连接电阻R2的一端,电阻R2的另一端连接电阻R3的一端;或,电阻R2的一端连接电阻R6的另一端,另一端连接电阻R1的一端,电阻R1的另一端连接电阻R3的一端;
开关S的开关部的两端连接在电阻R2的两端。
如图6所示,运放A1的反馈支路由R1、R2以及开关S构成的支路组成。
本发明的工作原理为:
通过在在控制端C输入合适的脉宽调制信号,控制模拟电子开关S的通断,改变反馈支路电阻的等效值,从而改变电路的放大特性。如图5所示,在C端输入周期为T的控制信号,在一个周期中开关闭合的时间为T0,则控制信号的占空比为α=T0/T。由R1、R2以及开关S构成的反馈支路的等效电阻为
由于占空比α在0~1之间变化,因此Req的变化范围为R1~R1+R2。
为使Req尽量恒定,可取开关控制信号的频率为被放大信号频率的n倍,根据试验结果,一般取n>100。例如,要求放大电路的频宽为0~100Hz,则可取开关控制信号的频率大于100×100Hz=10kHz。
图6中电容C1和C5用于平滑信号波形,同时抑制高频干扰。如果要求信号放大的频宽为0~fH,可取C5≤1/(2πfHR5)。此时电路在频率0~fH范围内的放大倍数为
式中Ui、Uo分别为输入信号ui、输出信号uo的幅值。由上式可知,通过改变占空比α的大小,就可以控制放大倍数A的大小。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改,这并不影响本发明的实质内容。
Claims (3)
1.一种基于电阻开关调制的反相放大电路,其特征在于,包括放大控制模块、运放A2、电阻R7、电容C5、电阻R5、电阻R6;
其中,运放A2的输出端连接输出信号端;电阻R7的一端接地,另一端连接运放A2的同相输入端;电阻R6的一端连接运放A2的反相输入端;电容C5的一端连接输出信号端,另一端连接运放A2的反相输入端;电阻R5的一端连接输出信号端,另一端连接运放A2的反相输入端;
放大控制模块的一端连接电阻R6的另一端,另一端连接输入信号端;通过控制所述放大控制模块中开关S的通断,改变放大控制模块中电阻的接入或短路。
2.根据权利要求1所述的基于电阻开关调制的反相放大电路,其特征在于,所述放大控制模块包括运放A1、电容C3、电阻R3、电阻R4、电阻R1、电阻R2以及开关S;
其中,所述运放A1的输出端连接电阻R6的另一端;电阻R4的一端连接运放A1的同相输入端,另一端接地;
电容C3的一端连接运放A1的反相输入端,另一端连接运放A1的输出端;电阻R3的一端连接运放A1的反相输入端,另一端连接运放A1的输出端;
电阻R1的一端连接运放A1的反相输入端,另一端连接电阻R2的一端,电阻R2的一端连接输入信号端;或,电阻R2的一端连接运放A1的反相输入端,另一端连接电阻R1的一端,电阻R1的一端连接输入信号端;
开关S的开关部的两端连接在电阻R2的两端。
3.根据权利要求1所述的基于电阻开关调制的反相放大电路,其特征在于,所述放大控制模块包括运放A1、电容C1、电阻R3、电阻R4、电阻R1、电阻R2以及开关S;
其中,所述运放A1的输出端连接电阻R6的另一端;电阻R4的一端连接运放A1的同相输入端,另一端接地;
电容C1的一端连接运放A1的反相输入端,另一端连接运放A1的输出端;电阻R3的一端连接运放A1的反相输入端,另一端连接输入信号端;
电阻R1的一端连接电阻R6的另一端,另一端连接电阻R2的一端,电阻R2的另一端连接电阻R3的一端;或,电阻R2的一端连接电阻R6的另一端,另一端连接电阻R1的一端,电阻R1的另一端连接电阻R3的一端;
开关S的开关部的两端连接在电阻R2的两端。
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CN1710807A (zh) * | 2004-06-17 | 2005-12-21 | 罗姆股份有限公司 | 附带自动增益控制电路的放大装置 |
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